Calorimetría y Entropía: Conceptos y Experimentos

Cp es el camb d la entalp con la temp a Presión const y cv es el cambio de la energ inter con la temp a volum const. Su Relación es q ambos son capaci calorí o calor especí y se puede utili uno u Otro depen en q condicio se da y q proce experi el sist.
Diferentes transfor Mantenié la temp o la masa constan. A partir d ello se pudo observar q mientras Q la masa se mante consta, el calor era proporci a la difer d temp. Asimismo, Cuando se mantenía const la temp, el calor era propor a la masa. Es decir: Cuando m=cte —- Q & deltaT. Cuando deltaT=cte —- Q& m. X lo tanto: Q& m x deltaT. Para q una proporidad se vuelva igualdad se debe introdu 1 Const. Así, sea n una trayec definí (P = cte, V = cte.), el calor vendrá dado X: Q= ´cn x m x deltaT .Donde: Q = calor.Energ en tránsito q fluye dsd 1 parte D un sist a otra parte de un sist difere. El calor Q no es  función de las variab termodi sino q dpnd d La trayec. ´cn= es el calor especí medio a 1 trayec dada. N= especifica 1 Trayec dada. M= masa. Delta T= diferen d temp. Estrictamente se tiene q: lim ´cn abajo chiquito delta T hacia 0 = 1/m x (dQ/dT) y es función d la trayec.El Calor especí(c, tmb capacid calorí especí) es 1 propie intens mientras q la Capaci calorí (C) es 1 magni extens. Ambas magnit se relacionan a través d la Sig ecuación: c= C/n. Dnd n puede ser el núm d moles y se denominaría a c como Calor especí molar.





Calorimetría medir los cambios en las variabl d estado d 1 Cuerpo con el propós d derivar la transfer d calor asociada con los Camb d su estado debido, xej, a reacci qcas, camb físic o transiciones D fase bajo restricc específ. Un calorímetro es 1 disposi q mide la cant d Calor q se produc en 1 reacc. Es 1 sist adiabá y x lo tanto no permite la Transfere d energ con el 1/2 ambien; en tal sentido el calor liberado dentro Del calorím debe ser totalmente absorbido por él. Se tiene entonc q en Cualquier intercam de calor, el calor absorb es = al calor cedido: deltaQ abs = -deltaQ ced. Lo q es equival a escribir como sumatoria de calores: EQi=0. Recordando Q deltaQ= C. M. (Tf – Ti). C=calor específ m=masa Tf= temp final Ti=temp Inicial.

CASO1

Se realizará 1 mezcla D dos masas de agua a distint temp inicial dentro d un calorímetro y se medirá La temp final de equili luego de un tiempo definido. Conociendo todos los datos D la ecuación, verificaremos si teóric hallamos la misma temp d equilibrio q la Obtenida d forma experimental. En el lab se procede de la sig manera:
1. Pesar el calorím vacío, incluye el Termóm

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Agregar 150 ml d agua Destilada a temp ambien

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Pesar el Calorí y determinar el peso del agua

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Registrar La temp inicial d la masa d agua dentro del calorí

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Calentar 150 ml d agua hasta aprox 55 ºC. Anotar la temp y añadir Al calorí

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Manteniendo agitación Continua, tomar la temp cuando se vuelva constante

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Pesar el calorí y se determina el peso d agua caliente. Para los Cálculos se considera sólo las masas d agua fría y caliente en el calorí y su Cp, y se desprecia el calor absorbido x el calorí, es decir se desprecia su Capacidad calorífica (Cc). Se tiene entonces m1Cp(Tf-T1)+m2Cp(Tf-T2)=0. M1=masa De agua dentro del calorí.T1=temp del agua dentro del calorí.T2=temp del agua Caliente.Tf=temp d equilibrio.M2=masa de agua caliente agregada. Donde Cp es la Capacidad calorífica del agua: 4,184 J g-1°C-1.Despejamos la temp final de equili (Tf) y la comparamos con la obtenida experimentalmente.




CASO2


.Se realizará 1 mezcla de 2 masas, 1 correspon al agua y otra correspon Al metal incógnita, a distin temp iniciales y dentro d un calorí, y luego d un Tiempo definido, se medirá la temp final de equili. A partir d este dato y Conociendo las condicio d ensayo, se calculará el calor especi (Cp) del Material, comparándose tal result con los valores presentados en la Tabla I del Anexo I, lográndose d esta forma la identific del material. En el lab se Procede de la sig manera:
1.Pesar el Calorí vacío, incluyendo el termóm

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Agregar 150 ml d agua a temp ambie

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Pesar El calorí y determinar el peso del agua

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Moviendo Con mucho cuidado, leer la temp cuando llega a un valor constante

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Calentar en un vaso d pptdo con agua Una esfera d un metal hasta q alcance aprox unos 55 a 60 °C. Luego de alcanzada La temp introducir la esfera caliente con mucho cuidado dentro del calorí

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Registrar el valor d la temp, Mantenien agitación contin, hasta q la temp tenga valores constantes

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Determinar el peso del metal. Para Calcular el calor específico del metal (Cp metal) se utiliza la ecuac (5), q se Obtiene en base a 2 consider: q el calorí es un recipiente adiabá y q se Desprecia el calor absorb x el calorí, como se menciónó anteriormente. M1Cp(Tf-T1)+MmetalCpmetal(Tf-T2)=0. (5) T2=temperatura del metal Mmetal=masa Metal. Cp del agua igual que el anterior.

CASO3

Se Realizará 1 mezcla d 2 masas d agua, 1 en estad sóli (hielo) y otr al estado Liqu, a distint temp iniciales y dentro d un calorí, y luego d un tiempo definido, Se medirá la temp final d equili. Con este último dato y conociendo las Condiciones d ensayo, se calculará el calor latente d fusión del agua.En el lab Se procede de la sig manera:
1.Pesar El calorí vacío, incluy el termóm

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Agregar 150 ml d agua destilada a temp ambie

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Pesar El calorí y determ el peso del agua

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Mantenien 1 agitaci contin, leer la temp cuando llegue a un valor constan

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Destapar levem el calorí, agregar un Cubito de hielo (q se encuen en equili térmico con agua líquida), tapar Nuevamente y, agitando continuam, registrar la temp cada 30 seg; hasta q llegue A un valor prácticam constan

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Pesar El calorí y se determina el peso del hielo. Pa calcular el calor de fusión del Hielo se utili la sig relación (q se obtiene considerando q el calorí es un Recipie adiabá): m1Cp(Tf-T1)= -[mHCp(Tf-TH)+mHlanda]. Mh y Th del hielo.






2da Parte


Determinac d la entrop d mezcla.Obj: Determ las Variacio netas d entrop d un sist q se encuen en equili térm irrev. Tanto la Temp como la energ interna son funcio d estado, es decir, pued usarse pa descri El estado d un sist. Otra función d estado es la entrop. Pa un proce rever, el Cambio de entrop, dS, entre 2 estados d equili, está dado x el calor transfe, DQ, dividí la temp absol del sist. Es decir: dS=dQ/T (7). La unidad d medida d La entrop en el SI es J/K. Cuando el sist absorbe calor, dQ es pósit y la entropía Aumenta. Cuando el sist libera calor, dQ es negat y la entrop disminu. La ec (7) No define la entrop, sino el cambio d entrop.Pa calcular el cambio de entrop en Un proce finito, se debe recono q en el caso gral T no es constan. Si dQ es el Calor transferí cuando el sist se encuen a 1 temp T, enton el cambio d entrop En un proceso rever cualq entre un estado inicial y un estado final es: deltaS=integral De i a f dS=integ i a f dQ/T (8). En el caso de un proce rever y adiab, no se Transfie calor entre el sist y sus alrede, y x lo tanto, en este caso deltaS = 0. Como no hay cambio en la entrop, un proce adiab tmb se conoce como un proce Isentrópico (d igual entrop). El cambio d entrop d un sist para ir d un estado Inicial a otro final tiene el mismo valor pa todas las trayec q conectan a los Estados. Es decir:“el cambio en la entrop de un sist sólo dpnd d las prop d los Estados de equili inicial y final”.





Entrop En la transf d calor irrev.
1 Sust d masa m1, calor especí c1 y temp inic T1 se pone en contacto térmico con 1 2da sust d masa m2, calor especí c2 y temp inic T2, con T2 > T1. Las 2 sust Están contenidas en una caja aislante d tal manera q no se pierde calor hacia El ambiente. Se permi q el sist alcance el equil térm y se quiere calcular el Cambio d entrop del sist. X la conservación d la energ, la cantidad d calor Q1 q Pierde 1 sust debe ser = al calor Q2 q gana la otra sust, entonces: deltaS= Integ i a f dQ1/T + integ i a f dQ2/T. Donde Tf  es la temp final de equili del sist, q se debe Calcular. Esta Tf  se calcula sabiendo q Q1 = -Q2 y como x definición Q = mcdeltaT para cada sust. Integrando la ecuación d DeltaS, se obtiene: deltaS=m1c1lnTf/T1+m2c2lnTf/T2. En esta ecuación, 1 d los Térmi es pósit y el otro negat, pero el térmi pósit siempre es mayor que el Término negat, dando x resultado un valor pósit d deltaS. Enton la entrop Siempre aumenta en los proce irrev y para un sist térmicam aislado como se Viene suponiendo. Por el contrario, en proce rever la entrop se conserva. La Ecuación (10) es válida cuando las 2 sust q se ponen en contacto térm entre sí, No se mezclan. Si las sust son líqu y se mezclan, el resultado sólo se aplica Si los líq son idént. Procedimiento.Este experimen consist en mezc 2 muestras d Agua a diferen temp y determi la variación neta de entrop pa este proce d Equili térm irrev. El agua a temp ambi (T1) se añade al agua calien (T2) en un Dewar y se mide la temp d equili (Tf).